[发明专利]一种离心泵气液两相流性能测试系统及其测试方法

权利要求书

1.一种离心泵气液两相流性能测试系统，其特征在于：所述的泵测试系统为主要由储液罐(1)、进口管路、进气管支路、变频泵机组(7)和出口管路组成的一个闭式循环回路，储液罐(1)中部的进口经出口管路连接到变频泵机组(7)的出口端，变频泵机组(7)的进口端经进口管路连接到储液罐(1)底部的出口，进口管路上还连接有进气管支路；

所述的进口管路包括进水截止阀(2)、第一电磁流量计(3)、进水调节阀(4)、气液混合装置(5)和进口测压管(6)，变频泵机组(7)的进口端经进口测压管(6)连接到气液混合装置(5)的输出口，气液混合装置(5)气相输入口连接进气管支路，气液混合装置(5)的输入口依次经进水调节阀(4)、第一电磁流量计(3)、进水截止阀(2)连接到储液罐(1)罐底部的出口；

所述的进气管支路包括空气压缩机(13)、储气罐(12)、进气调节阀(11)、转子流量计(10)和进气截止阀(9)，空气压缩机(13)连接储气罐(12)，储气罐(12)依次经进气调节阀(11)、转子流量计(10)和进气截止阀(9)后连接到气液混合装置(5)的气相输入口；进气管支路通过进气调节阀(11)和转子流量计(10)之间形成反馈对进气量进行控制；

所述的出口管路包括出口测压管(8)、测温管(14)、出口调节阀(15)、气液分离罐(16)、第二电磁流量计(17)和出口截止阀(18)，储液罐(1)罐中部的进口依次经出口截止阀(18)、第二电磁流量计(17)连接到气液分离罐(16)，气液分离罐(16)经出口调节阀(15)与测温管(14)的一端连接，测温管(14)另一端经出口测压管(8)与变频泵机组(7)的出口端相连。

2.根据权利要求1所述的一种离心泵气液两相流性能测试系统，其特征在于：所述的储液罐(1)顶部连接有排气阀(19)和真空泵(20)。

3.根据权利要求1所述的一种离心泵气液两相流性能测试系统，其特征在于：所述变频泵机组(7)的离心泵在转速运行时，液体从储液罐(1)流出，通过出口调节阀(15)调节流量，然后通过进气管支路的进气调节阀(11)调节进气量，使气体和液体在气液混合装置(5)中均匀混合，混合后的气液两相流体经过离心泵，在出口管路中的气液分离罐(16)中分离，气体充分排出，液体经过出口管路回到储液罐(1)。

4.根据权利要求1所述的一种离心泵气液两相流性能测试系统，其特征在于：所述的进水调节阀(4)和进气调节阀(11)均为手动控制。

5.一种离心泵气液两相流性能测试方法，其特征在于：采用权利要求1～4 任一所述的测试系统，采用以下方式进行性能测试：

A)对进口测压管(6)和出口测压管(8)的压力传感器信号和变频泵机组(7)扭矩仪的信号进行采集，处理得到离心泵在不同含气量的气液两相流下的扬程和效率；

所述步骤A)中在不同含气量的气液两相流下的扬程和效率采用以下方式计算得到：

A.1)由进水流量和进气流量采用以下公式计算获得气液两相流总流量Q_m：

Q_m＝q_w+q_g

式中，q_w——进水流量；q_g——进气流量；

A.2)由气液两相流总流量Q_m采用以下公式计算获得混合后的密度ρ_m：

ρ_m＝ρ_wq_w/Q_m+ρ_gq_g/Q_m

式中，ρ_w——水密度，ρ_g——空气密度；

A.3)由混合后的密度ρ_m采用以下公式计算获得泵的扬程H：

H＝(P_out-P_in)/ρ_mg+Δh

式中，P_in——进口压力，P_out——出口压力，Δh——进出口压力传感器的高度位置差，g——重力加速度；

A.4)由泵的扬程H采用以下公式计算获得泵的水力效率η_h：

η_h＝ρ_mgQ_mH/(Mω)

式中，M——轴扭矩，ω——角速度；

A.5)由泵的水力效率η_h采用以下公式计算获得泵的总效率η：

ΔP_d＝0.35×10^-2×kρω³R⁵，k＝0.8～1

式中：ΔP_d——叶轮圆盘摩擦损失功率，η_v——容积损失，η_h——水力损失，n_s——比转速，Q——流量，n——转速，ρ——流体密度，R——叶轮半径；

B)在变频泵机组(7)的离心泵蜗壳上安装振动加速度传感器，通过调节不同的流量，采集不同流量下振动加速度传感器的信号，经分析处理得到该流量的振动幅值曲线；

C)通过储液罐(1)上的真空泵(20)调节变频泵机组(7)的离心泵的入口压力，然后对离心泵进出口的进口测压管(6)和出口测压管(8)上的压力传感器信号进行采集，处理得到对应的泵的汽蚀余量以及扬程，进而得到离心 泵在不同含气量的气液两相流汽蚀性能曲线。